13 luglio 2019 & centerdot; 11 min di lettura

La bicicletta, come la conosciamo oggi, non fu inventata fino alla fine del 1800. Eppure era una semplice invenzione meccanica. Sembrerebbe non richiedere una brillante intuizione inventiva e certamente nessun background scientifico.

Perché, allora, non è stato inventato molto prima?

Ho posto questa domanda su Twitter e leggi alcune discussioni su Quora. Le persone hanno proposto molte ipotesi, tra cui:

  • Fattori tecnologici. La lavorazione dei metalli è migliorata molto nell’Ottocento: abbiamo migliorato la raffinazione del ferro e, infine, l’acciaio a buon mercato, migliori processi per modellare il metallo e la capacità di realizzare parti come tubi cavi. La tecnologia delle ruote è migliorata: le ruote con raggi a filo (ovvero con raggi in tensione) hanno sostituito i modelli più pesanti; la gomma vulcanizzata (1839) era necessaria per i pneumatici; i pneumatici gonfiabili non furono inventati fino al 1887. Catene, ingranaggi e cuscinetti a sfera sono tutte parti fondamentali che richiedono tecniche di produzione avanzate per precisione e costi.

  • Iterazione del progetto. Le prime biciclette erano scomode e pericolose. La prima versione non aveva nemmeno i pedali. Alcune versioni non avevano lo sterzo e potevano essere girate solo inclinandosi. (!) Il famoso design “penny-farthing”, con la sua enorme ruota anteriore, rendeva impossibile l’equilibrio con i piedi, tendeva a ribaltarsi in avanti durante un arresto brusco e generalmente lasciava il ciclista in aria, tutto ciò aumento del rischio di lesioni. Ci sono voluti decenni di iterazione per arrivare a un modello di bicicletta di successo.

  • Qualità delle strade. Le strade nel 1800 e prima erano terribili per gli standard moderni. Le strade erano spesso sterrato, solcato dal passaggio di molti carri, diventa fangoso sotto la pioggia. La pavimentazione in macadam, che dava superfici lisce alle strade, non fu inventata fino al 1820 circa. Le strade cittadine all’epoca erano pavimentate con ciottoli, che erano buoni per i cavalli ma troppo irregolare per le biciclette. (L’irregolarità era apparentemente una caratteristica, che aiutava il deflusso delle acque reflue, portando una risposta di Quora a sostenere che la costruzione di fognature cittadine era ciò che ha aperto la porta alle biciclette).

  • Competizione dei cavalli. I cavalli erano un mezzo di trasporto comune e accettato all’epoca potrebbe affrontare tutti i tipi di strade. Potrebbero trasportare carichi pesanti. Chi ha quindi bisogno di una bicicletta? A questo proposito, è stato affermato che la bicicletta è stata inventata in risposta alla scarsità di cibo dovuta all ‘”Anno senza estate”, un evento meteorologico del 1816 causato dall’esplosione vulcanica del Monte Tambora l’anno precedente, che ha oscurato i cieli e abbassato temperature in molte parti del mondo. La crisi agricola ha fatto morire di fame sia i cavalli che le persone, il che ha portato alla macellazione di alcuni cavalli per il cibo, e ha reso i restanti più costosi da nutrire. Questo avrebbe potuto motivare la ricerca di alternative.

  • Crescita economica generale. Diversi commentatori hanno sottolineato la necessità che una classe media soddisfi la domanda per un’invenzione del genere. Se tutto ciò che avete sono molti contadini poveri e pochi aristocratici ( che, a proposito, hanno cavalli, carrozze e conducenti), non c’è molto mercato per le biciclette. Questo è più plausibile quando ti rendi conto che le biciclette erano più un hobby per l’intrattenimento prima di diventare un pratico mezzo di trasporto .

  • Fattori culturali. Forse c’era solo una generale mancanza di interesse per le invenzioni meccaniche utili fino a un certo punto della storia? Ma quando è cambiato questo, e perché?

Queste sono tutte buone ipotesi. Ma alcuni di loro iniziano a cedere sotto pressione:

La qualità delle strade è rilevante, ma non proprio la risposta. Le biciclette possono essere guidate su strade sterrate o marciapiedi (anche se questi ultimi hanno portato a scontri con i pedoni e hanno reso le biciclette inizialmente impopolari tra il pubblico). E storicamente, le strade non sono migliorate fino a quando le biciclette sono diventate comuni, anzi sembra che siano stati in parte i ciclisti a chiedere il miglioramento delle strade.

Non credo che nemmeno i cavalli lo spieghino. Una bicicletta, da quello che ho letto, era più economica da acquistare rispetto a un cavallo, ed era certamente più economica da mantenere (se non altro, non devi nutrire una bicicletta). E si scopre che gli inventori erano interessati al problema dei veicoli a propulsione umana, eliminando il bisogno di cavalli, per molto tempo prima della bicicletta moderna. Persino Karl von Drais, che ha inventato il primo veicolo a propulsione umana a due ruote dopo l’anno senza estate, aveva lavorato al problema per anni prima.

I fattori tecnologici sono più convincenti per me. Potrebbero essere stati necessari affinché le biciclette diventassero pratiche ed economiche abbastanza da decollare. Ma non erano necessari per la sperimentazione iniziale. I telai possono essere costruiti in legno. Le ruote possono essere bordate di metallo. Gli ingranaggi possono essere omessi. Le catene possono essere sostituite con cinghie; alcuni dei primi progetti usavano persino pedali invece dei pedali, e almeno un modello spingeva le ruote con le leve, come su una locomotiva a vapore.

Allora qual è la vera spiegazione?

Per capirlo, ho scavato nella storia della bicicletta.

Il concetto di veicolo a propulsione umana risale a molti secoli fa . Il primo riferimento che ho trovato è all’ingegnere veneziano Giovanni Fontana, che all’inizio del 1400 descrisse una carrozza a quattro ruote alimentata da un guidatore che tirava un anello di fune collegato da ingranaggi alle ruote (non è chiaro se abbia mai tentato di costruire macchina del genere; Fontana ha disegnato un sacco di cose strane).

L’auto di Giovanni Fontana carrozza trainante

Un altro concetto iniziale è stato descritto nel libro Bicycle di David V. Herlihy:

Più di tre secoli fa, l’illustre matematico francese Jacques Ozanam ha spiegato i vantaggi teorici di una carrozza a propulsione umana “in cui ci si può guidare ovunque si voglia, senza cavalli”. Il suo proprietario potrebbe vagare liberamente lungo le strade senza doversi occupare di un animale e potrebbe anche godere di un sano esercizio nel processo. Inoltre, questo particolare tipo di veicolo “semovente”, a differenza di quelli che richiedevano il vento o il vapore per la propulsione, funzionerebbe con quella più abbondante e accessibile di tutte le risorse: la forza di volontà. Ma come costruire un veicolo così prezioso? era il ventitreesimo di una cinquantina di problemi “utili e divertenti” che Ozanam individuò e affrontò nelle sue famose Récréations Mathématiques et Physiques, pubblicate nel 1696.

Ozanam’s book ha presentato una soluzione proposta da un altro inventore: un’altra carrozza a quattro ruote, guidata da due persone (una per sterzare, una per alimentare il veicolo salendo e scendendo su grandi pedali collegati alle ruote da funi, pulegge e ingranaggi).

Carro a propulsione umana nelle Biblioteche della Columbia University di Récréations Mathématiques

Sembra che per secoli la carrozza sia stata il modello dei veicoli a propulsione umana. Vari inventori si cimentarono in progetti e alcuni furono persino costruiti. C’è un record in un diario di Londra di un tentativo nel 1774 che è andato fino a sei miglia all’ora. L’inventore francese Jean-Pierre Blanchard (che in seguito sarebbe diventato famoso in mongolfiera) costruì una carrozza a propulsione umana che percorse una dozzina di miglia da Parigi a Versailles. Un meccanico americano di nome Bolton costruì una versione nel 1804 che utilizzava la leva meccanica da ingranaggi ad incastro. Presumibilmente, tutti questi tentativi non sono andati da nessuna parte perché le macchine erano troppo grandi e pesanti per essere pratiche.

L’intuizione chiave era smettere di provare a costruire una carrozza meccanica e invece costruire qualcosa di più simile a un cavallo meccanico. Questo passo fu compiuto dal già citato Karl von Drais all’inizio del 1800. Drais era un aristocratico; ha ricoperto una posizione di maestro forestale a Baden che si dice gli abbia dato tempo libero per armeggiare. I suoi primi tentativi, a partire dal 1813, furono carrozze a quattro ruote come i loro predecessori, e come loro non riuscirono a ottenere il sostegno delle autorità.

Ma nel 1817 (forse motivato dalla summenzionata crisi alimentare e dalla conseguente carenza di cavalli, anche se questo non è chiaro), riprovò con un nuovo design: un veicolo a due ruote per una persona che è un antenato riconoscibile della bicicletta moderna. Era di legno, con pneumatici di ferro. La chiamava Laufmaschine, o “macchina da corsa”; non aveva pedali, ma era alimentata spingendo direttamente da terra con i piedi. Era anche chiamata “velocipede” (dal latino “piede veloce”) o la “draisine” (inglese) o “draisienne” (francese) dopo il suo inventore; una versione migliorata realizzata da un carrozziere londinese era conosciuta in Inghilterra come “ciclo pedonale”.

Draisine c. 1820, Kurpfälzisches Museum, Heidelberg Wikimedia Commons (CC BY-SA 3.0)
New-York Tribune, settembre 1894 Flickr / Karin Dalziel (CC BY-NC 2.0)

Senza pedali o marce, questa proto-bicicletta non poteva raggiungere la velocità o l’efficienza dei design moderni. Ma, come gli scooter ancora usati dai bambini oggi, ti permetteva di andare per inerzia, soprattutto in discesa, e ha tenuto il tuo peso mentre avanzavi. Drais arrivava a 12 miglia orarie sulla sua macchina. Divenne una moda in Europa nel 1818-19, poi svanì.Sembra che le ragioni fossero una combinazione del potenziale di lesioni e del generale fastidio del pubblico per il fatto che queste cose venissero guidate attraverso aree pedonali come marciapiedi e parchi (alcune cose non cambiano mai; lo ripetiamo oggi con le guerre degli scooter in San Francisco e altre città).

Il prossimo progresso chiave non è arrivato fino a decenni dopo, quando qualcuno ha messo i pedali sulla bici. Ci sono affermazioni contrastanti sul primo inventore (risalente al 1839), ma è stato sicuramente fatto negli anni ’60 dell’Ottocento in Francia. In ogni caso, fu negli anni ’60 dell’Ottocento che lo sviluppo della bicicletta decollò davvero. I pedali hanno permesso al pilota di spingere la macchina più velocemente e in modo più efficiente. Questo modello è stato prodotto in Francia, inizialmente con telai in legno, poi in ferro, ed è diventato comunemente noto come “bonehaker” (che ti dà un’idea di quanto fosse dura la corsa).

Michaux” boneshaker “, 1870 Wikimedia / Classic Motorcycle Archive (CC BY-SA 3.0)
” The American Velocipede “, incisione su legno di Theodore Davis, Harper” s Weekly, Dicembre 1868

A questo punto, però, non c’erano ancora ingranaggi o catene. I pedali erano attaccati direttamente alla ruota anteriore. Questo ha dato al pilota un piccolo vantaggio meccanico: è lo stesso di una fixie con un rapporto di trasmissione 1: 1 (rispetto ai rapporti più comunemente usati oggi che sono più vicini a 3: 1). Pensa a com’è pedalare su una bici con una marcia troppo bassa: pompi molto le gambe senza andare molto veloce.

L’unica soluzione era rendere la ruota più grande, portando intorno al 1870 al ridicolo design “penny-farthing” o “high-wheel” con l’enorme ruota anteriore, che probabilmente hai visto e può associarsi alla fine del 1800. In questo periodo, le biciclette venivano realizzate con telai in metallo, ruote a raggi e pneumatici in gomma piena (non ancora gonfiabili). Questo design ha dato una guida più veloce e più fluida, poiché la ruota grande ha assorbito meglio gli urti. Ma richiedeva un equilibrio acrobatico per pedalare e, come notato sopra, era soggetto a sversamenti e lesioni, incluso “prendere un colpo di testa” se ti fermavi improvvisamente.

Penny farthing bicycle Flickr / calitexican (CC BY-NC-SA 2.0)

Il terzo e l’ultimo progresso chiave, quindi, fu quello di separare i pedali dalla ruota. Variazioni su questa “bicicletta di sicurezza”, tra cui almeno una azionata da pedali e leve, furono tentate a partire dal 1870 se non prima. Il primo modello di successo commerciale, che utilizzava il familiare design di manovella e catena, fu prodotto nel 1885 da John Starley. Infine, nel 1888, John Dunlop introdusse pneumatici gonfiabili (pneumatici), ammortizzando la corsa ed eliminando l’ultimo vantaggio del penny-farthing.

Quindi, entro la fine del 1880, le biciclette si erano evolute in la forma che conosciamo oggi, con ruote, pedali, catene, telai in metallo, ruote a raggi e pneumatici di gomma gonfiabili di dimensioni (approssimativamente) uguali.

Quindi cosa possiamo concludere?

Innanzitutto, il corretto il design non era ovvio. Per secoli, il progresso è stato bloccato perché tutti gli inventori stavano cercando di creare carrozze a quattro ruote per più persone, piuttosto che veicoli a due ruote per una sola persona. Non è chiaro perché questo fosse; certamente gli inventori stavano copiando un mezzo di trasporto esistente, ma perché avrebbero tratto ispirazione solo dal cavallo e dalla carrozza e non dal cavallo e dal cavaliere? (Alcuni commentatori hanno suggerito che non era ovvio che un veicolo a due ruote si sarebbe bilanciato, ma trovo questo non convincente considerando quante altre cose le persone hanno imparato a bilanciare, dalle canoe ai cavalli stessi.) È possibile (sono puramente speculando qui) che i primi inventori meccanici avevano più difficoltà a realizzare l’impraticabilità fondamentale del progetto del carrello perché non avevano molto in termini di principi di ingegneria matematica su cui basarsi, ma poi di nuovo non è chiaro cosa abbia portato alla svolta di Drais. / p>

E anche dopo che Drais ha scelto il design a due ruote, ci sono volute più iterazioni, avvenute nel corso di decenni, per arrivare a un design che fosse efficiente, comodo e sicuro.

I primi modelli di “velocipede”, da un’enciclopedia tedesca del 1887. Molti progetti sono stati provati Wikimedia Commons

In secondo luogo, i progressi nei materiali e nella produzione erano probab ly necessario per una bicicletta di successo commerciale.È un po ‘difficile, da dove mi trovo, capire quali progressi nel design sono stati resi possibili da nuovi materiali e tecniche, e quali erano semplicemente scintille di immaginazione inventiva che non erano state concepite o sviluppate prima. Ma il fatto che le persone fossero disposte a sopportare il precario design delle ruote alte mi indica che i pneumatici erano cruciali. Ed è plausibile per me che fosse necessaria una lavorazione dei metalli avanzata per realizzare catene e ingranaggi piccoli e leggeri di alta e costante qualità, a un prezzo accettabile, e che nessun altro progetto, come una cintura o una leva, avrebbe funzionato invece. È anche plausibile per me che i telai in legno non fossero abbastanza leggeri e resistenti per essere pratici (di certo non sarei ansioso di andare in bicicletta oggi).

Ma possiamo andare più a fondo e chiedere le domande che hanno ispirato in primo luogo il mio intenso interesse per questa domanda. Perché nessuno ha mai sperimentato veicoli a due ruote fino al 1800? E perché nessuno, per quanto ne sappiamo, ha considerato la questione dei veicoli a propulsione umana fino al 1400? Perché non c’erano i meccanici di biciclette nel 1300, quando c’erano gli orologiai, o almeno nel 1500, quando avevamo gli orologi? O tra gli antichi romani, chi costruiva mulini ad acqua e macchine per la raccolta? O i greci, che hanno costruito il meccanismo di Antikythera? Anche se non avevano pneumatici e catene, perché queste società non stavano almeno sperimentando le draisine? O anche i progetti di carrozze falliti?

Anche solo per iniziare a rispondere a questa domanda, dobbiamo renderci conto che fa parte di un fenomeno molto più ampio. Ho posto la stessa domanda alla sgranatrice, che a differenza della bicicletta non richiedeva materiali avanzati: è una scatola di legno, una rete metallica e un tamburo con denti di filo metallico; in effetti, era così semplice che una volta che il concetto era uscito, i proprietari di piantagioni facevano copie contraffatte a mano (privando Eli Whitney della maggior parte dei suoi diritti sui brevetti). La stessa domanda può essere posta a tutte le invenzioni chiave della meccanizzazione tessile; Anton Howes, uno storico dell’economia che è intervenuto nel thread di Twitter collegato sopra, ha notato lo shuttle volante di John Kay:

L’innovazione di Kay è stata straordinaria nella sua semplicità . Come disse l’inventore Bennet Woodcroft, la tessitura con una normale navetta era stata “eseguita per oltre cinquemila anni, da milioni di operai qualificati, senza alcun miglioramento per accelerare l’operazione, fino all’anno 1733”. un po ‘di legno e un po’ di spago. E lo applicò alla tessitura della lana, che era stata l’industria principale dell’Inghilterra sin dal Medioevo. Non aveva abilità speciali, non richiedeva una conoscenza speciale della scienza per farlo e non doveva affrontare alcun incentivo speciale per farlo Per quanto riguarda le istituzioni, la navetta volante era tecnicamente illegale perché risparmiava manodopera, il brevetto fu immediatamente piratato dai concorrenti con scarso successo, e Kay fu costretto a trasferirsi in Francia, braccato fuori dal paese da tessitori arrabbiati che minacciavano la sua proprietà e persino la sua vita. Kay non ha avuto incentivi speciali: ha persino innovato nonostante alcune formidabili barriere sociali e legali.

Ci sono anche altre storie in cui un primo tentativo di inventare ione è stato dimostrato, l’idea non ha trovato sostenitori se non era già completamente praticabile, e quindi lo sviluppo è stato abbandonato per decenni. Mi vengono in mente i primi esperimenti falliti di Richard Trevithick con le locomotive.

Alla luce di ciò, penso che la spiegazione più profonda sia in fattori economici e culturali generali. Per quanto riguarda i fattori economici, sembra che ci sia bisogno di un certo livello di surplus per sostenere lo sforzo di ricerca e sviluppo a livello culturale che crea invenzioni. Si noti che Karl von Drais era un barone che apparentemente aveva un lavoro comodo e inventato nel tempo libero. Questo è comune tra i ricercatori di quell’epoca: erano spesso aristocratici o comunque ricchi in modo indipendente (e quelli che non erano tenuti a lottare per il sostegno di ricchi mecenati). Oggi abbiamo laboratori di ricerca sia in università che in aziende, oltre a venture capitalist per finanziare lo sviluppo di nuovi prodotti e servizi. Nel momento in cui diventa chiaro che un certo tipo di innovazione potrebbe essere possibile, ci sono più team finanziati e si affrettano a portarlo sul mercato. Non ci sono più divari pluridecennali nella sequenza temporale dell’innovazione, o almeno molto meno.

Considerando i fattori economici dal lato della domanda, il surplus sembrerebbe anche creare mercati per nuovi prodotti. Forse il PIL pro capite deve solo raggiungere un certo punto prima che le persone abbiano tempo, attenzione ed energia per pensare a nuove invenzioni che non stanno letteralmente mettendo il cibo in tavola, un tetto sopra la testa o una maglietta sulla schiena.

Infine, ci sono fattori culturali. Howes dice che “l’innovazione non è nella natura umana, ma viene invece ricevuta … quando le persone non innovano, spesso è semplicemente perché non gli viene mai in mente di farlo.”Allo stesso modo, Joel Mokyr dice che” il progresso non è naturale “(e il suo libro su questo argomento, A Culture of Growth, ha contribuito a ispirare questo blog). Sono d’accordo con entrambi.

Delucidare completamente questi aspetti economici e fattori culturali è un importante progetto futuro di questo blog.

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